Experimentos Numéricos

Nas simulações numéricas o MCGA foi integrado utilizando como condição de contorno os padrões de ATSM gerados segundo a metodologia descrita no estudo observacional e padrões de TSM climatológica (simulação controle). Para inicialização do modelo, utilizaram-se dados de reanálises do NCAR/NCEP das 12 UTH para os dias 01/05/2001; 02/05/2001; 03/05/2001; 04/05/2001; 05/05/2001; estabelecendo uma estratégia de análise estatística por conjunto, ou seja, “ensemble médio”. O conjunto de experimentos é apresentado na Tabela 3.2.

Os padrões de evolução ATSM obtidos ao longo de dois anos sobre as regiões do Pacífico e Atlântico Tropical especificados na Tabela 3.2 foram utilizados como condição de contorno para a simulação, da seguinte forma: inicialmente, os padrões de evolução de ATSM para o período de 2 anos são repetidos com intuito de compor uma série de ATSM persistentes por 6 anos de evolução. Em seguida, essa série de anomalias é sobreposta às condições climatológicas nestas regiões inclusive no restante do globo. Desta forma, o MCGA é integrado por um período de 6 anos para cada padrão observado. Os últimos dois anos de integração do modelo climático foram considerados como a condição de equilíbrio do MCGA às forçantes de TSM para cada experimento.

40 TABELA 3.2 – Conjunto dos experimentos Numéricos – Listando as condições evolutivas de TSM nas regiões Tropicais (Pacífico e Atlântico) e no restante do globo associado a cada padrão selecionado.

O impacto das condições de contorno na circulação atmosférica e conseqüentemente na precipitação da Amazônia foram avaliados a partir das diferenças entre campos anômalos da circulação atmosférica e da precipitação associado a cada simulação em relação à simulação controle (climatológica), resultando em campos anômalos referentes a cada experimento e livres de erros sistemáticos apresentados pelo do modelo.

Condições de TSM

Simulação Região Tropical (Pacífico e Atlântico) Restante do Globo

Controle Climatologia Climatologia

ATLN_EL Climatologia + padrão de evolução ATLN_EL Climatologia EL_ATLN Climatologia + padrão de evolução EL_ATLN Climatologia ATLP_LA Climatologia + padrão de evolução ATLP_LA Climatologia LA_ATLP Climatologia + padrão de evolução LA_ATLP Climatologia

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CAPÍTULO 4

RESULTADOS

Serão apresentados os campos anômalos de TSM e anomalias de precipitação observada gerados pela composição dos anos selecionados como gradiente interbacias dos oceanos Pacífico e Atlântico durante eventos da fase positiva (negativa) do ENOS, seguidos pelos resultados das simulações numéricas que caracterizam a resposta atmosférica associadas as condições anômalas de TSM e seus impactos na precipitação sobre a AS são discutidos.

4.1) Fase positiva do ENOS

4.1.1) Análises Observacionais

A Figura 4.1 mostra os padrões de composição de anomalias de TSM associado ao desenvolvimento do gradiente interbacias, sendo a configuração de um evento frio no Atlântico equatorial ocorrendo na fase inicial de um evento de El Niño no Pacífico. Esses padrões mostram o fortalecimento de um evento El Niño com início em JJA (0). Nesse mesmo tempo, o gradiente interbacias de TSM estabelecido entre os oceanos Pacífico e Atlântico equatorial, atinge sua máxima intensificação. No entanto, anomalias negativas menos intensas persistem no Atlântico equatorial até DJF (+1) quando o El Niño atinge sua fase madura.

A partir de DJF (+1) o El Niño começa a enfraquecer, no entanto anomalias positivas de TSM próximas à costa oeste da AS, persistem até JJA (+1). No AT, o aquecimento no ATN, em resposta ao El Niño, como mostrado em estudos anteriores (por ex. Enfield e Mayer, 1997), não se estabelece por muito tempo. No ATS, anomalias negativas de TSM voltam a intensificar a partir de MAM (+1) e em JJA (+1) atingem a região equatorial. Nesse período o gradiente inter bacias é novamente estabelecido.

42 Figura 4.1 - Composições trimestrais de anomalias de TSM normalizadas para o período de JJA (0) a SON (+1) para eventos ATLN_EL. Sombreado na cor amarelo ao vermelho (azul claro ao azul escuro) corresponde a valores positivos (negativos). Contornos contínuos (pontilhados) definem regiões com valores positivos (negativos) significativos ao nível de confiança de 95%.

O desenvolvimento do evento EL Niño, durante condições de normalidade no AT, em sua fase inicial é apresentado na Figura 4.2. Neste caso, o gradiente inter bacias somente é estabelecido durante a fase de decaimento do evento El Niño. O evento El Niño no Pacífico tem início a partir de maio (0) (figura não mostrada) e atinge máxima intensificação em DJF (+1). No AT, anomalias negativas de TSM no ATN e próximas a costa sudeste da América do Sul notadas em JJA (0) praticamente desaparecem a partir de SON (0). Por outro lado, anomalias positivas (negativas) de TSM surgem em resposta ao aquecimento do Pacífico em MAM (+1) concordando com estudos anteriores, como por exemplo, Enfield e Mayer (1997) que sugerem a formação de uma estrutura dipolar no padrão de TSM no AT, com anomalias positivas ao norte e negativas ao sul, ocorrendo durante o período de março a maio após um evento El Niño no Pacífico. O

43 estabelecimento de anomalias negativas no ATS favorece o estabelecimento do gradiente inter bacias a partir de JJA (+1).

Figura 4.2- Idem Figura 4.1, exceto para o caso EL_ATLN.

Composições das anomalias de precipitação referentes aos eventos El Niño (Figuras 4.1 e 4.2) para aos trimestres DJF (0) e MAM (+1) e JJA (+1) são apresentados na Figura (4.3 a-f). Para eventos ATLN_EL, (Figura 4.3a) impactos negativos significativos são encontradas em DJF(0) nas regiões do nordeste do Brasil, na parte central da bacia Amazônica estendendo-se para leste e sobre as regiões da Venezuela, Guiana e Suriname. Anomalias negativas significativas também são notadas sobre o norte da Colômbia e sobre o sul do Peru. Anomalias positivas de precipitação são encontradas na costa oeste do Equador. Neste trimestre, o padrão de precipitação parece ser modulado por variações que ocorrem nos oceanos Pacífico e Atlântico equatorial. De fato, em DJF (+1) o gradiente interbacias formado pelo El Niño no Pacífico e evento frio no Atlântico Equatorial está bem configurado (Figura 4.1).

44 Para o trimestre de MAM (+1) (Figura 4.3b) anomalias negativas significativas ainda persistem desde o norte do nordeste até a região central da AS e entre a linha do equador e 18°S. Nesse período, o gradiente interbacias de TSM permanece configurado, no entanto, são observados sinais de anomalias positivas de TSM no ATN. Embora mais fraco, um gradiente interhemisférico no AT é estabelecido possivelmente associado ao aquecimento anômalo na região do Atlântico Norte em resposta do El Nino, como sugerido por Enfield e Mayer (1997). Neste caso, os padrões anômalos de precipitação parecem estar associados ao efeito combinado do gradiente interbacias e o modo inter-hemisférico no AT.

Figura 4.3- Composições de anomalias de precipitação normalizadas para o período de DJF (0), MAM (+1) e JJA (+1) para eventos ATLN_EL e EL_ATLN. Sombreados na cor laranja ao vermelho (azul claro ao azul escuro) correspondem a valores negativos (positivos). Medido em mm/dia-1. Contornos contínuos (pontilhados) definem regiões com valores positivos (negativos) significativos ao nível de confiança de 95%.

Para o trimestre JJA (+1) (Figura 4.3c) anomalias negativas significativas aparecem por toda a região sul da bacia Amazônica e nas regiões do sudeste e nordeste se estendendo até a

45 região costeira da AS. Essas anomalias podem estar associadas ao gradiente interbacias que persiste por toda evolução do padrão de anomalias ATLN_EL (Figura 4.2) afetando principalmente regiões centrais, nordeste, noroeste e sudeste da AS e intensificando a estação seca do sul da Amazônia. Nesse período ainda é observada uma anomalia positiva no extremo norte da América do Sul, acompanhado por outro centro positivo na porção leste da bacia.

Diferenças marcantes são apresentadas na composição da precipitação para o padrão EL_ATLN (Figura 4.2). Para o período de DJF (Figura 4.3 d) anomalias negativas significativas são apresentadas nas regiões da Venezuela e Colômbia, central e sul da Bacia Amazônica, desaparecendo totalmente o centro de anomalia positiva sobre o Equador observado para o mesmo trimestre para o caso ATLN_EL. Anomalias positivas de precipitação são observadas na região nordeste da América do Sul. Neste caso o padrão de precipitação parece ser modulado principalmente pelas ATSM que ocorrem na região do Pacífico associadas ao El Niño.

Para o período MAM (+1) (Figura 4.3 e), regiões com anomalias de precipitação negativas significativas coincidem com àquelas descritas para o caso ATLN_EL para DJF (0). Isso se deve ao fato que nesse período é estabelecido o gradiente interbacias na fase de decaimento do evento de El Niño. Por outro lado, um centro de anomalias positivas de TSM surge na região norte da AS. Essas anomalias positivas podem estar associadas ao aquecimento anômalo no Atlântico Norte em resposta ao El Niño. A configuração do gradiente inter bacias e do gradiente inter hemisférico contribue para reforçar as condições de seca sobre o leste da Amazônia. Consistente com esses resultados, Kayano et al. (2010) encontram redução de precipitação sobre a parte leste da Amazônia devido a ação do gradiente interbacias e Souza et al. (2000) notaram condições de escassez de precipitação sobre a parte central e norte da Amazônia devido ao efeito combinado do El Niño e o gradiente interhemisférico no AT definido por anomalias de TSM positivas (negativas) no ATN (ATS).

No trimestre JJA (+1), para o caso EL_ATLN, (Figura 4.3f), anomalias positivas de precipitação são notadas sobre a região do nordeste e central da América do Sul. No extremo nordeste da bacia Amazônica, entre o Equador e 10ºN, são apresentadas anomalias negativas de precipitação bastante significativas. Este sinal se propaga zonalmente até o extremo noroeste da bacia formando um corredor zonal bastante seco e tornando a estação seca ainda mais intensa nestas regiões, possivelmente, ainda associado às anomalias ao gradiente inter hemisférico de TSM no AT, com anomalias negativas de TSM no Atlântico equatorial e ATS e anomalias

46 positivas não significativas no ATN. Este padrão anômalo de TSM no AT tem sido relacionado às variações interanuais na parte central e leste da bacia Amazônica através da modulação da posição e intensidade da ZCIT (por exemplo, Ronchail et al., 2002). Desta forma, as condições secas na parte central e leste da bacia, durante o período de JJA, podem estar relacionadas às variações de TSM no AT.

Sumariando, essas análises mostram a importância das anomalias de TSM para definição dos padrões de variabilidade de precipitação na Amazônia. A análise numérica apresentada a seguir buscar melhor entender os mecanismos físicos associados ao impacto da TSM na precipitação da AS através de análises de diversas variáveis meteorológicas tais como: PNM, circulação na baixa e na alta troposfera, velocidade potencial na alta troposfera e transporte de umidade para a AS. A metodologia utilizada para obter o transporte de umidade é apresentada no Apêndice H.

4.1.2) Análises Numéricas

As anomalias de precipitação sobre a América do Sul, simuladas nos experimentos ATLN_EL e EL_ATLN para o período de DJF (0), MAM (+1) e JJA (+1) são apresentadas nas Figuras (4.4 a-f).

Para o experimento ATLN_EL, com o gradiente bem configurado na fase inicial do evento de El Niño, (Figura 4.1), para os trimestres DJF (0) e MAM (+1) (Figura 4.4 a-b), são apresentados impactos típicos de episódios de El Niño. Anomalias negativas são encontradas nas regiões norte e leste da bacia Amazônica apresentando desde a costa nordeste um corredor seco bastante significativo, percorrendo toda a região costeira até norte da América do Sul, bem como o aumento (diminuição) da precipitação nas regiões do Equador e norte (sul) do Peru. Anomalia positiva significativa também é notada na região centro-sul da bacia Amazônica.

47 Figura 4.4- Anomalias de precipitação para o período de DJF (0), MAM (+1) e JJA (+1) para os experimentos ATLN_EL e EL_ATLN. Sombreado na cor laranja ao vermelho (azul claro ao azul escuro) corresponde a valores negativos (positivos) medidos em (mm/dia). Contornos contínuos (pontilhados) definem regiões com valores positivos (negativos) significativos ao nível de confiança de 95%.

Para o trimestre JJA (+1) (Figura 4.4c) anomalias negativas (positivas) na costa oeste da América do Sul (norte do Amazonas), configuram um padrão de anomalia de precipitação inverso em relação ao trimestre anterior para estas regiões, possivelmente associado à presença de anomalias positivas de TSM próximas à costa oeste da AS, persistentes até JJA (+1) e ao aquecimento no ATN, em resposta ao El Niño (Figura 4.1), como mostrado em estudos anteriores (por ex. Enfield e Mayer, 1997).

Para o experimento EL_ATLN (Figura 4.4 d-f), no trimestre DJF (0) são apresentadas ligeiras semelhanças na variabilidade espacial e temporal dos campos em relação aos apresentados referente ao experimento anterior, variando apenas na intensidade do potencial de impactos mediante às forçantes oceânicas. Para MAM (+1), maiores diferenças no padrão de

48 precipitação aparecem sobre a região norte da América do Sul, onde os padrões de anomalias praticamente revertem o sinal de um experimento para outro. Nas outras regiões de estudo os padrões são muito similares em relação a distribuição espacial, no entanto, apresentam intensidades inferiores. Para JJA (+1) são apresentadas anomalias positivas de chuvas nas regiões nordeste da AS substituindo anomalias negativas significativas nessa região apresentadas no trimestre anterior.

Uma resposta interessante dada pelo MCGA para ambos os experimentos, é a apresentação de anomalias positivas significativas de precipitação na região centro-sul e oeste da bacia Amazônica para todos os períodos nessa fase do ENOS, indicando uma grande variabilidade espacial das chuvas sobre a Amazônia, consistente com trabalhos anteriores. Santos

et al (2004), através de análises observacionais mostraram a grande variabilidade espacial dos

sinais das anomalias de precipitação na região oeste da Amazônia durante eventos ENOS.

Como discutido nas análises observacionais, esses resultados sugerem que efeitos combinados do Pacífico e Atlântico na precipitação da AS podem fortalecer o efeito das variações relativas ao Pacífico, uma vez que as anomalias de precipitação são mais intensas quando consideramos o experimento ATLN_EL. Esses resultados concordam com resultados anteriores que sugerem que precipitação sobre a região norte da América do Sul parece ser modulada pelo gradiente interbacias formado pelo El Niño no Pacífico e evento frio no Atlântico Equatorial (Kayano et al., 2010), ou pela combinação de um evento ENOS no Pacífico e o gradiente inter hemisférico no Atlântico (Souza et al., 2000). Então, condições secas sobre a região norte da América do Sul são resultados de mudanças nas circulações leste-oete e norte-sul, associadas aos padrões anômalos de TSM nos setores do Pacífico equatorial e Atlântico Tropical, as quais exibem para os experimentos uma subsidência anômala que atuam para reduzir a precipitação devido inibir a atividade convectiva sobre essa região.

Com intuito de verificar se as anomalias de precipitação na região de estudo geradas pelas simulações numéricas foram realmente resposta ao padrão de TSM proposto como condição de contorno, a mesma foi remontada e plotada evoluindo conjuntamente com o padrão trimestral de TSM associado para todas as simulações apresentados neste estudo. (Apêndice E)

Assim, o impacto direto das anomalias de TSM na atmosfera é examinado primeiramente via anomalias na circulação de Walker e Hadley. Estas são representadas pelos campos de anomalias de velocidade potencial em 200 hPa, Omega e perfil vertical das componentes zonal e

49 meridional do vento. Os campos anômalos de movimentos verticais estão em função dos níveis de pressão atmosférica para 4 seções longitudinais /latitudinais do globo. Estas seções são definidas de acordo com o estudo de Souza e Ambrizzi (2001) como aquelas que se comportam como regiões de influencias dos ramos ascendentes/subsidentes de células atmosféricas de grande escala durante eventos de ENOS. Na Figura (4.5) são apresentadas essas seções, sendo limitadas pelos seguintes latitudes e longitudes: SEC1, seção zonal, média latitudinal entre 5ºN e 5ºS de 180ºW- 0º associada ao posicionamento da célula zonal Walker; SEC2, SEC3 e SEC4, representando a célula meridional configurada nas seções de 50ºW a 35ºW; de 65ºW a 50ºW e 80ºW a 65ºW, respectivamente.

Figura 4.5 – SEC1: seções zonal delimitada pela média latitudinal entre5ºN e 5ºS de 180ºW a 0º representa o posicionamento da Circulação de Walker . As seções SEC2, SEC3 e SEC 4 representam o posicionamento da Circulação de Hadley, delimitada pelas seções meridionais médias nas longitudes de 50ºW a 35ºW; de 65ºW a 50ºW e de 80ºW a 65ºW e entre 30ºS e 30ºN,respectivamente.

Os campos anômalos de velocidade potencial em 200 hPa relacionados aos experimentos ATLN_EL e EL_ATLN, para os trimestres de DJF (0), MAM (+1) e JJA(+1) são apresentados na Figura 4.6. Para o trimestre DJF (0) (Figuras 4.6a e 4.6d) anomalias positivas bastante significativas são encontradas sobre a bacia oceânica do Pacífico, indicando divergência em altos níveis (ascendência), sendo estes escoamentos divergentes compensados pela convergência anômala em altos níveis (subsidência) sobre na bacia oceânica do Atlântico e sobre o continente da AS. No trimestre MAM (+1), (Figuras 4.6b e 4.6e) um padrão zonal com anomalias positivas na região do Pacífico e negativas sobre o Atlântico equatorial sul se mantém, enquanto que para o experimento EL_ATLN , é observada uma divergência (ascendência) em altos níveis no ATN e sobre o extremo norte da AS bastante significativa não notada para o experimento ATLN_EL. Em

50 JJA (+1) ainda é observado anomalias positivas associadas à divergência em altos níveis (ascendências) sob a região da costa oeste da AS para o experimento ATLN_EL (Figura 4.6 c). Para o experimento EL_ATLN anomalias não significativas são notadas por quase todo o domínio (Figura 4.6 f).

Figura 4.6 – Anomalias de velocidade potencial em 200 hPa para o período de DJF(0), MAM (+1) e JJA (+1) para eventos ATLN_EL e EL_ATLN. Sombreado na cor laranja ao vermelho (azul claro ao azul escuro) corresponde a valores negativos (positivos) medidos em m2/s (dividido por 106). Contornos contínuos (pontilhados) definem regiões com valores positivos (negativos) significativos ao nível de confiança de 95%.

De um modo geral esses campos apresentam consistência com as condições de TSM associadas a cada experimento, indicando por sua vez ascendência com origem na bacia quente (Pacífico) e subsidente sobre bacia fria (AT). Consistentemente, os campos anômalos de Omega (Figuras 4.7 a-f) reproduzem a circulação de Walker anômala, com movimentos ascendentes sobre a bacia do Pacífico e subsidência sobre a América do Sul e Atlântico. Nessas figuras são apresentadas campos anômalos de omega (sombreado) juntamente com os diagramas longitude versus altura das componentes zonal e vertical do vento, mediados sobre a latitude de 5ºN e 5ºS (SEC1), conforme Figura 4.5.

Para o trimestre de DJF (0) e MAM (+1) para ambos os experimentos (Figura 4.7a-b e 4.7d-e), padrões similares aos encontrados durante eventos de EL Niño são observados, ou seja,

51 movimentos ascendente ocorrem por praticamente todo o Pacífico tropical enquanto os movimentos subsidente atuam sobre as regioes contimentais da AS e AT, consistente com o estudos de Souza e Ambrizzi (2002) e Ambrizzi et al. (2004). No entanto, para o experimento ATLN_EL (figura 4.4a), o ramo ascendente abrange todo extensão longitudinal entre 180ºW e 80ºW enquanto o ramo subsidente atua entre 80ºW e 20ºW. Esse padrão é enfraquecido no experimento EL_ATLN sugerindo que esse enfraquecimentopode estar associado ao enfraquecimento das anomalias de precipitação em relação ao experimento ATLN_EL sobre as regiões afetadas.

Figura 4.7- SEC 1- Seção vertical (longitude x altura) para o período de DJF(0), MAM (+1) e JJA (+1) para eventos ATLN_EL e EL_ATLN. Sombreado na cor laranja ao vermelho (azul claro ao azul escuro) correspondem a valores negativos (positivos) de omega medidos em cbar/s (multiplicado por 105). Vetores representam as variações médias da componente zonal do vento e omega e em função da longitude no perfil vertical.

Para o trimestre MAM (+1) para o experimento EL_ATLN, (Figura 4.7c) o ramo subsidente sobre a América do Sul é enfraquecido e uma região de subsidência extende-se por

52 todo o Atlântico, atuando na intensificação da “La Niña” do AT, conforme visto na Figura 4.2. Segundo Wang 2006 o mecanismo que relaciona as duas bacias está associada à circulação de Walker anômala, que atua como um reforço atmosférico sob a bacia oceânica fria (AT) em resposta a bacia oceânica quente (Pacífico). Esse padrão de subsidencia sobre o AT, também é apresentado no trimestre seguinte para esse experimento JJA (+1), (Figura 4.7f), enquanto que para o experimento ATLN_EL, nesse período (Figura 4.7c), ainda é apresentado um ramo ascendente sobre a região do Pacífico entre 180ºW e 40ºW bastante intenso.

Estes resultados estão consistentes com estudos anteriores e mostramque o impacto da El Niño é favorável à ocorrência de condições secas em algumas regiões da Amazônia induzida devido à intensificação do ramo subsidente da célula de Walker sobre a troposfera equatorial da América do Sul ( Souza et al., 2005). Ainda, é possível observar diferenças na intensidade da célula de Walker anômala para o experimento ATLN_EL em relação ao experimento EL_ATLN possivelmente associado ao estabelecimento do gradiente interbacias. Esses resultados concordam com resultados anteriores de Souza e Ambrizzi (2002) e Ambrizzi et al. (2004) que observaram que consideráveis diferenças espaciais e temporais nos posicionamentos dos ramos da célula de Walker podem ocorrer em resposta a diferentes episódios de ENOS de mesma fase.

Nas figuras 4.8-4.10 (a-f), são apresentadas anomalias na posição de Hadley para os trimestres DJF (0), MAM (+1) e JJA (+1). Nessas figuras são apresentadas campos anômalos de omega (sombreado) juntamente com os diagramas latitude versus altura das componentes meridional e vertical do vento, apresentados pelas seções SEC2, SEC3 e SEC4, conforme Figura 4.6.

Para a SEC2, no trimestre de DJF (0) para o experimento ATLN_EL (figura 4.8a), é notado um ramo subsidente bastante intenso convergindo em altos níveis sobre essa seção meridional entre 20ºN e 15ºS. Para o trimestre MAM (+1) (Figura 4.8b), esse ramo é deslocado mais para o hemisferio sul, posicionando-se entre a linha do equador e 20ºS, que atua no sentido de inibir a atividade convectiva nessa seção durante esses dois trimestres.

Para o trimestre de JJA(+1) para o experimento ATLN_EL (figura 4.8c), o ramo subsidente permanece configurado desde a linha do equador a 10ºS, inibindo a atividade convectiva nessa região e atuando para diminuir a precipitação como mostrado anteriormente nas figuras 4.4a-c. Assim, uma uma região bastante seca em praticamente toda a região nordeste da

53 América do Sul, é observada em decorrencia do posicionamento anômalo da célula de Hadley nessa seção.

Figura 4.8- SEC2 - Seção vertical (latitude x altura) para o período de DJF(0), MAM (+1) e JJA